Absolutisht të gjithë e dinë një koncept të tillë si ligji i ruajtjes së energjisë. Energjia nuk lind nga asgjëja dhe nuk zhduket askund. Kalon vetëm nga një formë në tjetrën.
Ky është ligji themelor i universit. Thanksshtë falë këtij ligji që Universi mund të ekzistojë në mënyrë të qëndrueshme dhe të vazhdueshme.
Formulimi i ligjit të ruajtjes së ngarkesës
Ekziston një ligj tjetër i ngjashëm, i cili është gjithashtu një nga ato themelorë. Ky është ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike.
Në trupat që janë në qetësi dhe elektrikisht neutral, ngarkesat e shenjave të kundërta janë të përmasave të barabarta dhe reciprokisht anulojnë njëra-tjetrën. Kur disa trupa elektrizohen nga të tjerët, akuzat transferohen nga një trup në tjetrin, megjithatë, ngarkesa totale e tyre mbetet e njëjtë.
Në një sistem të izoluar të trupave, ngarkesa totale totale është gjithmonë e barabartë me disa vlera konstante: q_1 + q_2 + ⋯ + q_n \u003d konst, ku q_1, q_2,…, q_n janë ngarkesat e trupave ose grimcave të përfshira në sistem.
Po transformimi i grimcave?
Ekziston një pikë që mund të ngrejë pyetje në lidhje me transformimin e grimcave. Në të vërtetë, grimcat mund të lindin dhe zhduken, ndërsa kalojnë në grimca të tjera, rrezatim ose energji.
Për më tepër, procese të tilla mund të ndodhin si me grimcat neutrale ashtu edhe me ato që mbajnë ngarkesën. Po ligji i ruajtjes së ngarkesës në këtë rast?
Doli që lindja dhe zhdukja e grimcave mund të ndodhë vetëm në çifte. Kjo është, grimcat kalojnë në një lloj ekzistence të ndryshme, për shembull, në rrezatim vetëm nga një çift, kur të dy grimcat pozitive dhe negative zhduken njëkohësisht.
Në këtë rast, shfaqet një lloj i caktuar rrezatimi dhe një energji e caktuar. Në rastin e kundërt, kur grimcat e ngarkuara lindin nën ndikimin e rrezatimit dhe konsumit të energjisë, ato gjithashtu lindin vetëm si një palë: pozitive dhe negative.
Prandaj, ngarkesa totale e çiftit të grimcave të sapo shfaqura do të jetë e barabartë me zero dhe ligji i ruajtjes së ngarkesës është përmbushur.
Konfirmimi eksperimental i ligjit
Përmbushja e ligjit të ruajtjes së ngarkesës elektrike është konfirmuar eksperimentalisht shumë herë. Nuk ka një fakt të vetëm që do të thoshte ndryshe.
Prandaj, shkencëtarët besojnë se ngarkesa totale elektrike e të gjithë trupave në Univers mbetet e pandryshuar dhe, ka shumë të ngjarë, është e barabartë me zero. Kjo është, numri i të gjitha ngarkesave pozitive është i barabartë me numrin e të gjitha ngarkesave negative.
Natyra e ekzistencës së ligjit për ruajtjen e tarifave është ende e paqartë. Në veçanti, nuk është e qartë pse grimcat e ngarkuara lindin dhe asgjësohen vetëm në çifte.
Ligji i ruajtjes së ngarkesës thotë se gjatë bashkëveprimit të një sistemi të mbyllur me hapësirën përreth, sasia e ngarkesës që largohet nga sistemi përmes sipërfaqes së tij është e barabartë me sasinë e ngarkesës që hyri në sistem. Me fjalë të tjera, shuma algjebrike e të gjitha ngarkesave në sistem është zero.
Formula 1 - Ligji i ruajtjes së tarifës
Siç e dini, ka dy lloje akuzash në natyrë. Këto janë pozitive dhe negative. Gjithashtu, sasia e ngarkesës është diskrete, domethënë, mund të ndryshojë vetëm në pjesë. Një ngarkesë elementare është ngarkesa e një elektroni. Nëse një elektron i shtohet një atomi, atëherë ai bëhet një jon i ngarkuar negativisht. Dhe nëse e hiqni atë atëherë pozitiv.
Ideja kryesore e ligjit të ruajtjes së ngarkesës është që ngarkesa të mos lindë nga askund dhe të mos zhduket në askund. Kur shfaqet një ngarkesë me të njëjtën shenjë, një ngarkesë e shenjës së kundërt me të njëjtën madhësi shfaqet menjëherë.
Për të konfirmuar këtë ligj, ne do të kryejmë një eksperiment. Për të na duhen dy elektrometra. Këto janë pajisje që tregojnë ngarkesë elektrike. Ai përbëhet nga një shirit në të cilin është fiksuar një bosht. Ka një shigjetë në bosht. E gjithë kjo vendoset në një rast cilindrik, të mbyllur në të dy anët me xham.
Ekziston një disk metalik në shufrën e elektrometrit të parë. Në të cilin do të vendosim një disk tjetër të ngjashëm. Necessaryshtë e nevojshme të vendosni një izolator midis disqeve. Për shembull, rroba. Disku i sipërm ka një dorezë dielektrike. Duke kapur këtë dorezë, fërkoni disqet së bashku. Kështu, duke i elektrizuar.
Figura 1 - Elektrometra me disqe të fiksuara në to
Pasi të heqim diskun e sipërm, elektrometri do të tregojë praninë e një ngarkese. Shigjeta do të devijojë prej tij. Tjetra, ne marrim diskun dhe e prekim atë në shufrën e elektrometrit të dytë. Ajo gjithashtu ka një shigjetë që devijon, duke treguar praninë e një ngarkese. Edhe pse akuza do të jetë e shenjës së kundërt. Më tej, nëse lidhim shufrat e elektrometrit, shigjetat do të kthehen në pozicionin e tyre origjinal. Kjo është, akuzat anulojnë njëra-tjetrën.
Figura 2 - kompensimi i ngarkesave të diskut
Çfarë ndodhi në këtë eksperiment. Kur fërkonim disqet me njëri-tjetrin, kishte një ndarje të ngarkesës në metalin e disqeve. Fillimisht, secili disk ishte elektrikisht neutral. Njëri prej tyre mori një tepricë elektronesh, domethënë një ngarkesë negative. Tjetri mori një mungesë elektronesh, domethënë, ai u bë, i ngarkuar pozitivisht.
Akuzat në këtë rast nuk u shfaqën nga askund. Ata ishin tashmë brenda disqeve përçuese. Vetëm ata u kompensuan ndërmjet tyre. Ne vetëm i ndamë ata. Duke e vendosur në disqe të ndryshme. Kur lidhëm shufrat e elektrometrit, ngarkesat përsëri u kompensuan me njëra-tjetrën. Çfarë dëshmuan shigjetat.
Nëse i konsiderojmë elektrometrat dhe disqet si një sistem të vetëm. Se përkundër të gjitha manipulimeve tona, ngarkesa totale e këtij sistemi ishte konstante gjatë gjithë kohës. Fillimisht, disqet ishin elektrikisht neutral. Pas ndarjes, u shfaqën ngarkesa vëllimore pozitive dhe negative. Por ato ishin të njëjtat përmasa. Kjo do të thotë që ngarkesa në sistem mbetet e njëjtë. Pas lidhjes së shufrave, sistemi u kthye në gjendjen e tij origjinale.
Elektrostatika studion vetitë dhe bashkëveprimet e ngarkesave që janë të palëvizshme në kornizën e referencës në të cilën ato konsiderohen.
Në natyrë, ekzistojnë vetëm dy lloje të ngarkesave elektrike - negative dhe pozitive. Një ngarkesë pozitive mund të shfaqet në një shkop qelqi të fërkuar me lëkurë dhe një ngarkesë negative në qelibar të fërkuar me një leckë leshi.
Dihet që të gjithë trupat janë të përbërë nga atome. Nga ana tjetër, një atom përbëhet nga një bërthamë e ngarkuar pozitivisht dhe elektronet që rrotullohen rreth tij. Meqenëse elektronet kanë një ngarkesë negative, dhe bërthama është pozitive, atomi në tërësi është elektrikisht neutral. Kur ekspozohet ndaj tij nga jashtë, ai mund të humbasë një ose më shumë elektrone dhe të kthehet në një jon të ngarkuar pozitivisht. Nëse një atom (ose një molekulë) bashkon me vete një elektron shtesë, ai do të kthehet në një jon negativ.
Kështu, një ngarkesë elektrike mund të ekzistojë në formën e joneve dhe elektroneve negative ose pozitive. Ekziston një lloj i "energjisë elektrike falas" - elektronet negative. Prandaj, nëse ndonjë trup ka një ngarkesë pozitive, ai nuk ka mjaft elektrone, dhe nëse është negativ, atëherë ka një tepricë.
Karakteristikat elektrike të çdo substance janë për shkak të strukturës së saj atomike. Atomet mund të humbin edhe disa elektrone, në këtë rast quhen të jonizuar të shumëzuar. Bërthama e një atomi përbëhet nga protone dhe neutrone. Secili proton mbart një ngarkesë që është e barabartë me ngarkesën e një elektroni, por në shenjë të kundërt. Neutronet janë grimca elektrikisht neutrale (ato nuk kanë ngarkesë elektrike).
Përveç protoneve dhe elektroneve, grimcat e tjera elementare gjithashtu kanë një ngarkesë elektrike. Ngarkesa elektrike është një pjesë integrale e grimcave elementare.
Ngarkesa më e vogël konsiderohet të jetë ngarkesë e barabartë me ngarkesën e një elektroni. Quhet edhe ngarkesa elementare, e cila është e barabartë me 1.6 · 10 -19 C. Çdo ngarkesë është shumëfish i një numri të plotë të ngarkesave elektronike. Prandaj, elektrifikimi i trupit nuk mund të ndodhë vazhdimisht, por vetëm në hapa (në mënyrë të veçantë), nga sasia e ngarkesës elektronike.
Nëse një trup i ngarkuar pozitivisht fillon të rimbushet (ngarkesë me energji elektrike negative), atëherë ngarkesa e tij nuk do të ndryshojë menjëherë, por në fillim do të ulet në zero, dhe vetëm atëherë do të fitojë një potencial negativ. Prandaj mund të konkludojmë se ata kompensojnë njëri-tjetrin. Ky fakt i çoi shkencëtarët në përfundimin se në trupat "e pa ngarkuar" ka gjithmonë ngarkesa të shenjave pozitive dhe negative, të cilat përmbahen në sasi të tilla që veprimi i tyre kompenson plotësisht për njëri-tjetrin.
Gjatë elektrifikimit nga fërkimi, "elementët" negativë dhe pozitivë që përmbahen në "trupin e pa ngarkuar" ndahen. Si rezultat i lëvizjes së elementeve negative të trupit (elektroneve), të dy trupat elektrizohen, njëri prej tyre është negativ dhe tjetri pozitiv. Sasia e ngarkesave që "rrjedhin" nga një element në tjetrin mbetet konstante gjatë gjithë procesit.
Prandaj, mund të konkludojmë se akuza jo janë krijuar dhe nuk zhduken, por thjesht "rrjedhin" nga një trup në tjetrin ose lëvizin brenda tij.Ky është thelbi i ligjit për ruajtjen e ngarkesave elektrike. Shumë materiale i nënshtrohen elektrifikimit gjatë fërkimit - eboniti, qelqi dhe shumë të tjerë. Në shumë industri (tekstile, letër dhe të tjera), prania e energjisë elektrike statike është një problem serioz inxhinierik, pasi elektrizimi i elementeve të shkaktuar nga fërkimi i letrës, pëlhurës ose produkteve të tjera të prodhuara kundër pjesëve të makinës mund të shkaktojë zjarre dhe shpërthime.
Ligji për ruajtjen e ngarkesës mund të formulohet në një formë më të shkurtër - në një sistem të izoluar, shuma algjebrike e elementeve të ngarkuar mbetet konstante:
Ky ligj është gjithashtu i vlefshëm në shndërrimet e ndërsjella të grimcave të ndryshme elementare që përbëjnë atomin dhe bërthamën në tërësi.
Ngarkesa elektrike është aftësia e trupave për të qenë burim i fushave elektromagnetike. Ky është përcaktimi enciklopedik i një madhësie të rëndësishme elektrike. Ligjet kryesore që lidhen me të janë ligji për Kulombin dhe ruajtjen e ngarkesës. Në këtë artikull do të shqyrtojmë ligjin e ruajtjes së ngarkesës elektrike, do të përpiqemi të përcaktojmë me fjalë të thjeshta dhe të sigurojmë të gjitha formulat e nevojshme.
Koncepti i "" u prezantua për herë të parë në 1875 këtë vit. Formulimi pretendon se forca që vepron midis dy grimcave të ngarkuara të drejtuara në një vijë të drejtë është drejtpërdrejt proporcionale me ngarkesën dhe anasjelltas proporcionale me katrorin e distancës midis tyre.
Kjo do të thotë që duke lëvizur ngarkesat 2 herë, forca e bashkëveprimit të tyre do të ulet katër herë. Dhe kjo është mënyra se si duket në formë vektoriale:
Kufiri i zbatueshmërisë së sa më sipër:
- akuza pikë;
- trupa të ngarkuar në mënyrë uniforme;
- veprimi i tij është i vlefshëm në distanca të mëdha dhe të shkurtra.
Meritat e Charles Coulomb në zhvillimin e inxhinierisë elektrike moderne janë të mëdha, por le të kalojmë te tema kryesore e artikullit - ligji i ruajtjes së ngarkesës. Ai pretendon se shuma e të gjitha grimcave të ngarkuara në një sistem të mbyllur është e pandryshuar. Me fjalë të thjeshta, akuzat nuk mund të lindin ose zhduken ashtu. Në të njëjtën kohë, ajo nuk ndryshon në kohë dhe mund të matet (ose të ndahet, të kuantizohet) në pjesë që janë shumëfisha të një ngarkese elektrike elementare, domethënë një elektroni.
Por mos harroni se në një sistem të izoluar, grimcat e reja të ngarkuara shfaqen vetëm nën ndikimin e forcave të caktuara ose si rezultat i ndonjë procesi. Kështu që jonet lindin si rezultat i jonizimit të gazrave, për shembull.
Nëse shqetësoheni për pyetjen, kush dhe kur zbuloi ligjin e ruajtjes së tarifës? Wasshtë konfirmuar në 1843 nga shkencëtari i madh - Michael Faraday. Në eksperimentet që konfirmojnë ligjin e ruajtjes, sasia e ngarkesave matet me elektrometra, pamja e saj tregohet në figurën më poshtë:
Por le t'i konfirmojmë fjalët tona me praktikë. Merrni dy elektrometra, vendosni një disk metalik në shufrën e njërit, mbulojeni me një leckë. Tani na duhet një disk tjetër metalik në dorezën dielektrike. Ka tre prej tyre në një disk të shtrirë në një elektrometër dhe ato elektrizohen. Kur disku me dorezën dielektrike të hiqet, elektrometri do të tregojë se sa i ngarkuar është bërë, me diskun me dorezën dielektrike prekim elektrometrin e dytë. Shigjeta e saj gjithashtu do të devijojë. Nëse tani mbyllim dy elektrometra me një shufër në dorezat dielektrike, shigjetat e tyre do të kthehen në pozicionin e tyre origjinal. Kjo sugjeron që ngarkesa elektrike totale ose rezultuese është zero, dhe vlera e saj në sistem mbetet e njëjtë.
Nga këtu vijon një formulë që përshkruan ligjin e ruajtjes së ngarkesës elektrike:
Formula e mëposhtme thotë se ndryshimi në ngarkesën elektrike në vëllim është ekuivalent me rrymën totale përmes sipërfaqes. Kjo quhet edhe "ekuacioni i vazhdimësisë".
Dhe nëse shkojmë në një vëllim shumë të vogël, ne marrim ligjin e ruajtjes së ngarkesës në formë diferenciale.
Alsoshtë gjithashtu e rëndësishme të tregosh se si lidhen ngarkesa dhe numri i masës. Kur flasim për strukturën e substancave, shpesh dëgjohen fjalë të tilla si molekula, atome, protone dhe të ngjashme me to. Pra, numri i masës është numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve, dhe numri i protoneve dhe elektroneve në bërthamë quhet numri i ngarkesës. Me fjalë të tjera, numri i ngarkesës quhet ngarkesë e bërthamës, dhe gjithmonë varet nga përbërja e tij. Epo, masa e një elementi varet nga numri i grimcave të tij.
Kështu, ne shqyrtuam shkurtimisht çështjet që lidhen me ligjin e ruajtjes së ngarkesës elektrike. Shtë një nga ligjet themelore të fizikës së bashku me ligjet e ruajtjes së momentit dhe energjisë. Veprimi i tij është i patëmetë dhe me kalimin e kohës dhe zhvillimi i teknologjisë nuk është e mundur të hidhet poshtë vlefshmëria e saj. Shpresojmë që pasi të keni lexuar shpjegimin tonë, të gjitha pikat kyçe të këtij ligji të jenë bërë të qarta për ju!
Materiale
Elektrodinamika- shkenca e vetive të fushës elektromagnetike.
Fusha elektromagnetike- përcaktohet nga lëvizja dhe bashkëveprimi i grimcave të ngarkuara.
Manifestimi i fushës elektrike / magnetikeështë veprimi i forcave elektrike / magnetike:
1) forcat e fërkimit dhe forcat elastike në makrokozmos;
2) veprimi i forcave elektrike / magnetike në mikrokozmos (struktura e atomit, kohezioni i atomeve në molekula, transformimi i grimcave elementare)
Zbulimi i fushës elektrike / magnetike - J. Maxwell.
ELEKTROSTATIKA
Seksioni i elektrodinamikës, studion trupat e ngarkuar elektrikisht në qetësi.
Grimcat elementare mund të ketë email. ngarkuar, atëherë ata quhen të ngarkuar;
- bashkëveprojnë me njëri-tjetrin me forca që varen nga distanca midis grimcave, por shumë herë tejkalojnë forcat e gravitetit reciprok (ky bashkëveprim quhet elektromagnetik).
Ngarkesa elektrike- një madhësi fizike që përcakton intensitetin e ndërveprimeve elektromagnetike.
Ekzistojnë 2 shenja të ngarkesave elektrike: pozitive dhe negative.
Grimcat me ngarkesa me të njëjtin emër tërhiqen, me ngarkesa të kundërta, ato tërhiqen.
Protoni ka një ngarkesë pozitive, elektroni është negativ dhe neutroni është elektrikisht neutral.
Ngarkesa elementare- tarifa minimale, e cila nuk mund të ndahet.
Si të shpjegojmë praninë e forcave elektromagnetike në natyrë? - të gjithë trupat përmbajnë grimca të ngarkuara.
Në gjendjen normale, trupat janë elektrikisht neutral (meqenëse atomi është neutral), dhe forcat elektromagnetike nuk manifestohen.
Trupi i ngarkuarnëse ka një tejkalim të ngarkesave të ndonjë shenje:
ngarkuar negativisht - nëse ka një tepricë të elektroneve;
i ngarkuar pozitivisht - nëse ka mungesë të elektroneve.
Trupat elektrizues - kjo është një nga mënyrat për të marrë trupa të ngarkuar, për shembull, përmes kontaktit).
Në këtë rast, të dy trupat janë të ngarkuar, dhe akuzat janë të kundërta në shenjë, por të barabarta në madhësi.
Në një sistem të mbyllur, shuma algjebrike e ngarkesave të të gjitha grimcave mbetet e pandryshuar.
(... por jo numri i grimcave të ngarkuara, pasi ka transformime të grimcave elementare).
Sistemi i mbyllur- një sistem grimcash, i cili nuk hyn nga jashtë dhe nuk lë grimca të ngarkuara.
Ligji themelor i elektrostatikës.
Forca e bashkëveprimit të dy trupave të ngarkuar të palëvizshëm në një vakum është drejtpërdrejt proporcionale me produktin e moduleve të ngarkesës dhe anasjelltas proporcionale me katrorin e distancës midis tyre.
Kur trupat konsiderohen pikë? - nëse distanca ndërmjet tyre është shumë herë më e madhe se madhësia e trupave.
Nëse dy trupa kanë ngarkesa elektrike, atëherë ato bashkëveprojnë sipas ligjit të Kulombit.
Njësia e ngarkesës elektrike:1 C është një ngarkesë që kalon përmes seksionit kryq të një përcjellësi në 1 sekondë në një rrymë prej 1 A
1 Cl - ngarkesë shumë e madhe
Ngarkesa elementare:
Customshtë zakon të shkruhet koeficienti i proporcionalitetit në ligjin e Coulomb në vakum në formë
ku është konstanta elektrike
Ligji i Kulombit për madhësinë e forcës së bashkëveprimit të akuzave në një medium arbitrar (në SI):
Konstanta dielektrike e një mediumi karakterizon vetitë elektrike të mediumit. Në një vakum
Kështu, forca e Kulombit varet nga vetitë e mjedisit midis trupave të ngarkuar.
Ligjet Elektrostatike dhe DC - Fizika e Klasit